減搖鰭、減搖水艙在惡劣海況救助中的應(yīng)用

北海救助局 周元波

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減搖鰭、減搖水艙在惡劣海況救助中的應(yīng)用

北海救助局 周元波

摘要：針對惡劣海況對專業(yè)救助船舶迅速出動及現(xiàn)場作業(yè)的不利影響，結(jié)合實際救助作業(yè)體會，探討新型救助船舶減搖鰭和減搖水艙的組合使用方法，創(chuàng)造相對平穩(wěn)的救助作業(yè)環(huán)境，保證救助船舶快速抵達、安全作業(yè)，提高救助效率。以“北海救117”輪的減搖裝置為例，分析裝置的組成、工作原理和錨泊、航行、現(xiàn)場救助作業(yè)等幾種狀態(tài)下的船舶減搖方法和效果，以實現(xiàn)合理應(yīng)用減搖鰭和減搖水艙，改善航行與救助作業(yè)環(huán)境，達到科學(xué)救助、安全救助的目的。

關(guān)鍵詞：專業(yè)救助；減搖鰭；減搖水艙；科學(xué)救助

進入新世紀以來，我國海洋事業(yè)取得長足進步，生產(chǎn)方式日益豐富，船舶制造技術(shù)發(fā)展突飛猛進。海洋運輸、油氣勘探開發(fā)、海洋漁業(yè)、沿海養(yǎng)殖、私人游艇等涉海產(chǎn)業(yè)均呈現(xiàn)出井噴發(fā)展態(tài)勢。與此同時海洋環(huán)境、海上生命財產(chǎn)所面臨的風(fēng)險也日益嚴峻。自2003年救撈體制改革以來，海上救助力量實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，專業(yè)救助船舶基本實現(xiàn)了更新?lián)Q代，在提高功率的同時也完善了裝備，凸顯了國家對保護海洋環(huán)境、保護海上生命財產(chǎn)安全的重視。新型專業(yè)救助船舶服役以來，經(jīng)歷了大風(fēng)浪的考驗，取得了卓有成效的成績。

一、中國主力救助船舶減搖方式簡介

（一）中國救撈系統(tǒng)主力救助船舶介紹

目前，9 000 kW專業(yè)救助船是我國救助系統(tǒng)中的主力船型，近10年來在海難救助當中發(fā)揮了重要作用，其性能得到充分的考驗。該型救助船舶均裝配有兩臺瓦錫蘭9L32型主機、兩臺軸帶發(fā)電機、三臺艏艉側(cè)推、雙可變距螺旋槳、雙舵機，配備了減搖鰭和減搖水艙，具有良好的耐波性和抗風(fēng)浪能力。9 000 kW救助船舶自首制船到目前最新船舶，減搖鰭由前收式到后收式，減搖水艙由壓縮空氣控制到液壓控制，型號有一定的變化，但原理基本 相同。

（二）“北海救117”輪減搖裝置介紹

1.“北海救117”輪減搖鰭介紹

“北海救117”輪是新一代9 000 kW專用救助船舶的代表，該輪減搖鰭是中船704研究所生產(chǎn)的JQA-7型，屬后收式減搖鰭裝置。減搖鰭主要由機械設(shè)備、液壓機組及控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

（1）減搖鰭結(jié)構(gòu)組成。

①機械設(shè)備（含鰭箱、執(zhí)行機構(gòu)、鰭等）：機械設(shè)備主要由鰭箱、十字頭、收放油缸、轉(zhuǎn)鰭油缸、鰭軸和鰭組成，是具有相當精度的機械液壓組合體；其功能是收放鰭、轉(zhuǎn)鰭和反饋鰭角信號，將鰭上產(chǎn)生的升力傳給船體。

②液壓機組：由電機、液壓泵、油箱、電液伺服閥和一些液壓元器件等組成的高度集成化的液壓動力源。主要功能是按控制信號的要求，快速響應(yīng)，為轉(zhuǎn)鰭油缸提供壓力泊。主泵發(fā)生故障時，可用應(yīng)急電動泵將鰭收進船內(nèi)，全船失電時，還可用手搖泵收鰭。各一個）、控制箱、操作面板等組成。a.操作面板能操縱減搖鰭系統(tǒng)工作，具有鰭角、裝置工況顯示及綜合報警功能；b.啟動箱上有遙控選擇開關(guān)、啟停本機組的按鈕，鰭角、裝置工況顯示，分項報警指示燈及蜂鳴器等，各分項報警信號及鰭角信號以通信方式（經(jīng)隔離處理）送集控室；c.控制箱內(nèi)有陀螺儀、可編程控制器（PLC）、電源模塊、伺服放大模塊、綜合模塊等元器件，它能檢測船的橫搖角速度信號，并處理、放大此信號，與反饋信號構(gòu)成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，并能使減搖鰭系統(tǒng)按設(shè)定的程序工作。

（2）減搖鰭的工作原理。

本裝置含一對收放式鰭，分別安裝在船舯附近同一橫剖面兩舷的鰭箱內(nèi)。船在航行時啟動裝置后，鰭從鰭箱內(nèi)放出，當波浪力矩作用在船上時，船將產(chǎn)生橫搖角，減搖鰭裝置中的角速度陀螺儀測得橫搖角速度，經(jīng)處理形成轉(zhuǎn)鰭指令信號，同時船的航速信號也被引入減搖鰭裝置控制系統(tǒng)中，經(jīng)處理輸出鰭角指令，經(jīng)由伺服放大器、電液伺服閥、柱塞變量泵、轉(zhuǎn)鰭油缸和油泵反饋裝置、鰭角發(fā)送器一起構(gòu)成的轉(zhuǎn)鰭伺服系統(tǒng)，控制鰭角隨指令轉(zhuǎn)動。在水流的作用下，左右鰭上產(chǎn)生大小基本相等、方向相反的升力，對船形成一個穩(wěn)定力矩以抗衡波浪力矩，從而減小船的橫搖角。不需減搖鰭工作時，鰭能收入兩舷的鰭箱內(nèi)（如圖2、圖3所示）。

圖1 減搖鰭系統(tǒng)框圖

圖2 減搖鰭原理方框圖

圖3 減搖鰭功能流程圖

（3）減搖鰭的功能和適用環(huán)境。

減搖效果和適用海況：該裝置在6級海況、15 kn航速、橫浪下工作時，船的平均剩余橫搖角單幅值不大于5°；在9級海況下能安全使用。

自動保護功能：①該裝置在不工作或發(fā)生故障時（非液壓系統(tǒng)失壓），鰭可自動歸在±3°之內(nèi)，并收鰭、鎖緊、停機；②該裝置在鰭角超限、油溫過高時發(fā)出報警信號，自動歸在±3°之內(nèi)，并收鰭、鎖緊、停機；③該裝置在油箱油位過低、補油壓力過低時立即自動停機，并發(fā)出報警信號；④船速降低到6 ±1 kn時，裝置自動報警、收鰭、鎖緊、停機；⑤電動機過載故障報警顯示。

2.“北海救117”輪減搖水艙簡介

“北海救117”輪的減搖水艙是由日本STABILO公司生產(chǎn)的可控被動式減搖裝置。該型減搖水艙是有效利用水艙里的液體從高位流到低位的自然原理，以減少船舶橫搖運動為目的而設(shè)置的裝置。

（1）減搖水艙的組成。

減搖水艙（A.R.T.）主要由以下幾部分組成，如圖4所示。

（2）該型減搖水艙工作原理。

當船的橫搖運動固有周期與重復(fù)碰上的波浪周期接近或相同時，船舶的搖擺角度將達到最大。這個原理和以下例子相同，在抗眩暈浪木上訓(xùn)練時，人員的前后擺動可以使靜止的浪木擺動起來，相同頻率節(jié)奏下，隨著人員的持續(xù)動作，浪木的擺動幅度越來越大。相反，如果浪木上的人員動作時機比浪木的擺動周期岔開半個周期，浪木的擺動將會變小，甚至使浪木完全靜止，這與蕩秋千的原理也完全相同?？煽乇粍邮綔p搖水艙工作原理就是把上述的船上人員換作液體，巧妙地利用這種液體流動的時間和力矩，來減輕船的搖動。船的一次橫搖周期用360°角度來表示時，船的搖動起始點總是比波浪遭遇點滯后90°的角度，這種現(xiàn)象的反復(fù)出現(xiàn)會加劇船的橫搖。如果減搖水艙中液體的固有周期和船的橫搖周期相同的話，減搖水艙中液體的移動起始點將一直比船的搖動起始點滯后90°的角度。這就意味著減搖水艙中的液體移動起始點總是比引起船舶橫搖的波浪起始點滯后180°角度。因此，減搖水艙中的液體移動力矩和波浪力矩總是相反，互相抵銷，所以船舶橫搖得以減小，如圖5、圖6 所示。

可控被動式減搖水艙的最關(guān)鍵技術(shù)在于周期的調(diào)節(jié)，如何將減搖水艙的周期調(diào)至與船舶橫搖周期一致是減搖水艙設(shè)計成敗的決定因素，如果這兩個周期不一致，減搖水艙的減搖效果很差，甚至還會產(chǎn)生增搖。目前，可控被動式減搖水艙的周期調(diào)節(jié)方式主要有兩種：一種是氣道控制式，道控制式。氣道控制式，它是通過水艙頂部空氣道控制水艙內(nèi)可壓縮性氣體的流動，實現(xiàn)間接對艙內(nèi)液體流動的控制；水道控制式是通過改變設(shè)置在底部液體通道中擋板的位置來改變液體通道的面積，從而改變減搖水艙的固有周期。由于空氣的可壓縮性，采用氣道控制難以做到精細化調(diào)節(jié)，而水道控制式由于液體沒有壓縮性，可以做到精準控制。“北海救117”輪的減搖水艙兼具氣道和水道控制，具有精準控制的能力。

（3）減搖水艙的功能及適用條件。

①本船減搖水艙適用航速0～7 kn，在7 kn以下航速時能達到40%～60%的減搖效果。

圖4 減搖水艙布局及實物圖

圖5 減搖水艙作用原理曲線圖

圖6 減搖動作示意圖

②當船舶的橫搖周期和裝置固有周期一致時，能發(fā)揮最佳減搖效果。對船舶的橫搖周期，該裝置會自動選擇最適合裝置的固有周期，在7.6～13.5 s的范圍內(nèi)發(fā)揮有效作用，裝置保有5種水艙固有周期，如圖7所示。

圖7 固有周期表

③結(jié)合本船的平均橫搖周期，能夠隨時得到最佳減搖效果。減搖裝置能自動地從已設(shè)定的5種水艙固有周期內(nèi)選擇最合適的一個固有周期控制液體流動。

二、減搖鰭與減搖水艙在救助中的應(yīng)用

1. 科學(xué)應(yīng)用減搖鰭與減搖水艙

（1）惡劣天氣錨泊待命時使用減搖水艙，能夠有效減小船舶橫搖，創(chuàng)造一個較為平穩(wěn)的訓(xùn)練值班環(huán)境，為應(yīng)對突發(fā)事件做好準備。

（2）海上救助往往要求船舶快速到達事故現(xiàn)場，并盡快展開救助作業(yè)，這就要求在航行途中做好救助準備工作。而海上事故險情往往是由惡劣海況導(dǎo)致，因此前往施救的船舶也經(jīng)常處于惡劣的環(huán)境之中：橫搖、縱搖、顛簸上浪……。綜合各方面考慮，船舶可以在正常航行后開啟減搖鰭，將橫搖角度大幅度降低，在保證快速性的同時也可以實現(xiàn)救助準備工作的安全展開。

（3）現(xiàn)場救助作業(yè)期間啟用減搖水艙可最大程度創(chuàng)造安全工作環(huán)境。海上救助作業(yè)，往往需要使用克令吊配合救生吊籃對難船人員進行轉(zhuǎn)運、救助艇收放作業(yè)。如果船舶大幅度橫搖，將給克令吊操作和吊籃定位造成困難，危及到被救人員，嚴重時甚至導(dǎo)致克令吊損壞。同樣，船舶的橫搖也對救助艇的安全收、放帶來很大風(fēng)險和困難。這種情況下開啟減搖水艙能夠有效降低橫搖幅度，再結(jié)合船舶合理操縱，最大限度減小狂風(fēng)巨浪的影響，對成功救助有至關(guān)重要的作用。

（4）減搖水艙與減搖鰭聯(lián)合應(yīng)用。根據(jù)特殊的作業(yè)環(huán)境，可以將減搖鰭與減搖水艙轉(zhuǎn)到聯(lián)合應(yīng)用模式，在此模式下船舶根據(jù)航速等信號自動開啟減搖水艙和減搖鰭，即在航速低于7 kn時開啟減搖水艙，同時關(guān)閉減搖鰭，航速高于7 kn時則相反，在全航程交替使用減搖鰭與減搖水艙，使船舶得到良好的航行條件。

2. 減搖水艙在救助作業(yè)中的應(yīng)用實例

（1）案例1：緊急救助受傷漁民。

海況：東北風(fēng)7～8級，浪高4 m。

險情：漁民作業(yè)時腿被絞車卷入，導(dǎo)致骨折，急需救治。

我輪全速駛往現(xiàn)場。抵達后若我輪保持船首迎風(fēng)浪以保持穩(wěn)定，則漁船也必須迎風(fēng)浪傍靠我輪。惡劣的氣象條件和海況導(dǎo)致漁船上下顛簸，無法安全順利轉(zhuǎn)移傷員。我輪只有橫風(fēng)浪以提供一下風(fēng)舷供其安全靠泊。但是受救助船舶結(jié)構(gòu)特點（首部建筑多）和船舶尺度（船長不及百米）所限，我輪橫風(fēng)浪時本身橫搖劇烈，也給被救船舶傍靠帶來危險。這種情況下我輪充分利用減搖水艙的作用使船舶保持一個較小的橫搖，保證了傷員的安全順利 轉(zhuǎn)移。

（2）案例2：翻扣漁船作業(yè)。

海況：受涌浪影響，船舶在低速航行狀態(tài)時搖擺劇烈。

險情：漁船翻扣，內(nèi)有幸存者。

某輪接救助指令，一漁船翻沉于連云港以東的南北航線附近。抵達現(xiàn)場后放艇登上翻扣漁船，探測到有幸存者。我船采取措施將其固定舷側(cè)進行破拆船殼救人動作。當時東北風(fēng)5～6級，風(fēng)浪雖不大，但是受東南涌浪影響，我船橫搖幅度較大，為救助作業(yè)帶來危險。因此開啟減搖水艙以減小橫搖，保證作業(yè)安全。經(jīng)全力搶救，成功救出困在艙內(nèi)30多個小時的幸存者。

3. 減搖鰭與減搖水艙應(yīng)用注意事項

（1）減搖水艙水量應(yīng)嚴格按照設(shè)備規(guī)范要求添加，過多或過少都會影響減搖效果。

（2）在拖航作業(yè)時禁止使用減搖水艙。因為在該種作業(yè)情況下，船舶由于受到額外拉力作用的影響，搖晃會偏離設(shè)定的控制范圍，有可能造成搖晃疊加，起到負面作用。

（3）在復(fù)雜海區(qū)，如養(yǎng)殖區(qū)、漁網(wǎng)較多的區(qū)域航行，盡量不啟用減搖鰭，防止發(fā)生纏繞等意外事故。

三、結(jié)束語

設(shè)備精良、技術(shù)精湛是時代的要求。海上救助險情復(fù)雜多樣，在救助工作當中必須不斷汲取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗，摸索現(xiàn)場作業(yè)規(guī)律，讓先進的設(shè)備發(fā)揮最大作用。堅持科學(xué)救助的理念，降低安全風(fēng)險，提高救助成功率。

DOI：10.16176/j.cnki.21-1284.2016.02.008